一种求解涡轮平面叶栅的跨音松驰法

一、引　　言跨音松驰法是七十年代初发展的一种新方法。文献 [1 ]是一篇关于跨音松驰法的奠基性文章 ,文章提出了求解小扰动势方程的混合差分格式。文献 [2 ]发展了求解全位势方程的旋转混合差分格式。近年来 ,求解跨音全位势方程的方法有了更全面的发展 [4、5]。作者于 80年发展了一种求解大弯度二维叶栅的跨音松驰法[3] 。本文将该法推广到求解涡轮平面叶栅跨音带激波流场 ,直接求解全位势方程 ,进一步提高边界区差分格式的精度 ,并注意初场的给法。本法具有节约机时和内存的优点。数值算例表明 ,对于头部不大的涡轮平面叶栅 ,应用本方法…     

平面叶栅跨音绕流时间推进法中特征相容条件在边界点上的应用

在平面叶栅定常跨音绕流计算中,采用时间推进法,由于基本方程组是非定常欧拉方程组,属于双曲型,可以应用特征理论。在边界点上,特征相容方程精确地刻画了流动参量间的关系,使得数值处理更精确地反映无粘流的物理模型。本文从基本方程组出发,推导出适合于边界点应用的特征相容方程组的通用形式;并应用特征理论,讨论了平面叶栅绕流问题中边界条件的提法;对于边界条件的几种不同的近似处理方法,进行了数值试验,比较了它们对数值结果的影响。     

叶栅相似变换准则的实验研究

本文叙述为验证叶栅相似变换准则所进行的低速风洞实验研究,对应NACA6 5 (12)10和DCA叶栅的高速试验,分别测量了其低速相似叶栅的叶片表面压力分布。由于实验条件的不同,本文从相对差别这一角度验证了文献 [1]中所推得的相似变换准则的正确性。实验结果表明:实际的低速叶栅和高速叶栅具有同无粘设计所得到的同一量级的相似精度,因而只需提高设计相似精度便可提高实际模型的相似精度。      

二维粘性跨音叶栅流场计算中逆风因子法的应用

本文是二维亚音叶栅粘性流场计算的推广。在非正交贴体坐标中用有限差分法解非定常运动方程;用逆风因子法确保其数值稳定性。采用总温处处相等这个能量方程。时间步长由运动方程的离散方程的系数非负性确定。采用k-ε紊流模型。对DFVLR跨音叶型叶栅分别在进口马赫数为1.05和0.82的条件下作了数值试验。计算和实验的对比是满意的。     

涡轮叶栅叶型损失的数值模拟方法

给出了一个计算亚、跨音涡轮叶栅叶型损失的数值计算方法。主流采用时间推进有限体积法求解积分型欧拉方程,并采用了局部网格修正技术;附面层采用全隐格式求解有限差分方程;在叶栅出口与远后方均匀流之间进行了叶片尾迹与主流的掺混损失计算。算例表明本文的数值方法可准确地预测涡轮叶栅的叶型损失。     

跨音叶栅气动弹性稳定性的数值分析

在叶轮机械的非定常跨音流场中,激波会对气动弹性稳定性有很大影响。而激波的形状、数目、位置又与叶栅的一系列几何参数及气动参数密切相关,事先难以规定。为能考虑叶型叶栅的非定常跨音带激波绕流,本文发展了一种有限差分数值解法。其中速度势被分解为定常和非定常小扰动两部分,并用跨音松弛法求解关于非定常扰动速势的空问变系数线性复变量微分方程。 文中给出的一些数值结果表明,对于进出口M数均小于1.0的叶栅非定常跨音流动说来,局部超音区结尾处激波的存在有很大影响。本研究还预测到在高亚音进口M数,低负攻角条件下出现弯曲颤振的可能。     

跨音压气机叶栅的激波结构模型及损失

在分析讨论激波与附面层相互作用和栅后背压引起激波形状及强度变化的基础上, 给出了考虑激波/附面层相互作用及栅后背压的跨音叶栅激波结构的物理数学模型。应用本文所提出的模型分析了跨音叶栅的激波损失, 其结果和实验结果一致。激波损失的精确得出, 使得将激波与附面层相互作用所引起的流动分离损失从流动总损失中分离出来成为可能, 有助于了解激波与附面层相互作用引起流动分离的机理。      

跨音叶栅非定流场数值模拟

本文将二维平面振荡叶栅的非定常流场分解为定常平均流场和以简谐振荡为运动规律的非定常小扰动的叠加 ,分别求解定常的 N- S方程和非定常线化 N- S方程 ,能对不同分离形式进行数值模拟 ,有效地处理分离流动。计算结果表明 ,非定常分离、粘性效应和跨音激波对叶栅气动弹性稳定性有极其重要的影响 ,并且说明分离区内的脉动压力对叶栅振荡的响应只比分离区外低一个数量级 ,因而在处理非定常分离流动时不能简单地将分离区内的压力脉动视为零。     

平面叶栅不可压粘性流场数值解

本文旨在发展一种二维叶栅不可压粘性流场计算的工程数值法。采用了主变量控制方程。在贴体非正交曲线坐标中求解运动方程。应用了一种新的叠加网格。用逆风因子法来确保数值解的稳定。应用压力修正代数方程来修正压力场,以满足连续方程。应用等效粘性系数紊流模型。最后对四种不同的叶栅在攻角-13°～+11°的范围内进行了数值试验,并将落后角以及分离点的位置与平面叶栅吹风数据作了比较,相互吻合是满意的。      

附面层抽吸技术在跨声速平面叶栅试验中的应用探索

基于常规跨声速扩压叶栅吹风试验结果确定合理抽吸位置,并在此基础上对该叶栅进行多种工况的附面层抽吸试验,分析附面层抽吸作用下叶片表面马赫数、出口尾迹与总压损失系数的变化。结果表明:开设抽吸缝对常规跨声速叶栅原有流场结构的总体影响较小,但当抽吸缝位于马赫数峰值位置时,会对下游流动产生一定扰动。在适当位置抽吸能抑制跨声速叶栅表面流动分离,且只有抽吸量达到一定数值后,附面层抽吸作用才会对叶栅气动性能起到明显正效果。当抽吸量达到0.87%时,该跨声速叶栅总压损失系数降低了7.8%。     

计算三维粘性／无粘性干扰流动的准联立分区算法

 应用摄动理论导出了粘性／无粘性流动的匹配条件，与边界层方程联立形成能计及粘性／无粘性干扰效应的模型方程。同时引用等效吮吸理论对该模型方程与全位势方程进行交替迭代求解，建立了计算高雷诺数流动的一种快速收敛的粘性／无粘性分区算法。计算结果表明该算法适用于包括小尺度分离的流动；与传统的半逆解法相比，计算效率明显提高     

多级轴流压气机失速边界预估

本文提出了两种预估多级轴流压气机旋转失速边界方法。前者把关于单叶排的半经验准则推广至多级压气机。取前一级的出囗条件为后一级的进囗条件,每级进行类似运算,对比各级的失速起始流量来判别多级压气机的失速起始边界。预估结果得到了实验验证。后者以小扰动理论为基础,应用非定常二元不可压流的流动模型,导出了双级轴流压气机的旋转失速起始判别准则。利用 Newton- Raphson方法求解特性方程根据设计的程序完成了几个实例的理论估算。预估值和实验值的吻合证实了理论分析的可靠性。并对比不同情况下衰减因子的变化规律,分析了各叶排损失随进口相对气流角的变化趋势。      

二维喷管两相流动实验理论研究

 一、实验研究 （1）实验装置 图1是实验装置系统示意图。整个系统分为气源,颗粒输送器,过渡段,实验喷管和测量仪器五个部分。实验中气相用压缩空气,颗粒相用铝粉。 气源由两个贮气罐构成,输入端接高压管路,输出端接过渡段。颗粒经由粒子输送轴上的螺旋形通道,被送到过渡段与气相混合。颗粒质量流量通过辅的转速来控制。过     

双级跨声风扇双段轴向缝式机匣扩稳机理分析

以高负荷,高转速的双级跨声轴流风扇为对象,用数值模拟的方法研究了双段轴向倾斜槽类机匣的扩稳机理。计算得到的实体壁机匣和处理机匣的性能曲线与实验结果符合得较好。计算和实验均表明,双段缝式处理机匣扩大亚声速工况下的稳定工作范围。通过详细的流场分析表明,亚声工况下双级风扇第1级动叶吸力面附面层分离造成的叶顶通道阻塞是双级风扇流动失稳的关键因素。双段缝式处理机匣利用叶顶通道的压差在缝内形成回流,该回流将转子顶部通道内的低能流体抽吸进入缝中并向缝上游输运,在输送过程中在压差的作用下加速,最后在缝上游区重新进入主流。通过这种方式激励了转子顶部通道端壁区的低能气团,从而有效地扩大了亚声速工况下该跨声速风扇的稳定工作范围。     

任意回转面亚、跨音流场计算方法

本文所设计的任意回转面亚、跨音流场的计算软件 ,能根据叶型和进出口条件分析流动特性 ,并自动选择精确和节省机时的合适的数值解法。用户在给出叶型坐标和定解条件后 ,可以得到叶面马赫数分布或压力分布 ,全流场的等马赫数或等压图     

旋翼三维非定常跨音速绕流的数值模拟

 利用小扰动位势方程，用有限差分方法求解了旋翼跨音速流场。导出了严格的三维非定常位势方程远场无反射边界条件，并成功地用于数值计算中，缩小了物理求解域的空间尺度。采用了贴体坐标和网格加密技术，以得到合理的非均匀网格分布。应用较少的网格点数成功地计算了无升力情况下旋翼的三维非定常亚、跨音速绕流流场，得到了与实验结果符合良好的数值解     

旋成体轴对称跨声速全位势流的高效差分算法

本文用守恒型全位势方程,贴体坐标网格,对旋成体轴对称跨声速绕流的差分数值计算方法进行了研究;根据最佳收敛准则,提出了轴对称情形的AF2迭代算法,并将此算法应用于半球头柱体、弹体等各种外形的旋成体。与一般方法仅适用于亚声速自由流不同,本计算可从亚声速、跨声速自由流一直到低超声速自由流。计算结果表明,本文方法收敛快,与实验及其它方法的结果符合较好。     

低速预处理方法在悬停旋翼模拟中的应用

 在可压缩方程的求解当中引入时间导数低速预处理技术,构造了能够同时处理低速和高速流场的统一数值方法,采用该方法对Caradonna-Tung旋翼的亚声速悬停状态进行了模拟,其中方程采用在旋转坐标系下求解,网格采用重叠网格进行模拟。数值结果表明,在加入低速预处理方法以后,流场的收敛速度得到了明显提高,更为适合对下洗速度场等细节的模拟;另外,在加入低速预处理以后,方程的各个特征值都处在同一量级,避开了因特征值差异带来的数值耗散过大的问题,提高了数值计算的精度。     

飞船返回舱跨声速全局稳定性研究

根据国内外在飞船返咽舱这类短钝飞行器的亚、跨声速风洞试验中都发现了极限环振动形态这一问题,利用全局稳定性分析和数字仿真方法,研究了返回舱在跨声速和高亚声带飞行时的动稳定性,得到与风洞试验类似的结果,即返回舱处于极限环振动形态。因此,在返回舱再入亚、跨声这飞行段,为保证飞行安全,采用有效和可靠的姿态控制系统来控制和减缓动不稳定影响是必需的。     

积分方程法计算翼型的跨音速绕流

从跨音速小扰动方程出发推导积分方程的过程中,本文用任意形状的封闭曲线C_Q（其极限趋于零）挖去奇点Q,最终得到无奇性（指无穷奇性,不包括Cauchy奇性）的积分方程。 对于跨音速流中的圆头翼型的前缘问题,提出了一种解决办法。 证明了Nixon给出的反演公式对于超临界有激波的小扰动流动也成立。 关于积分方程法中的人工粘性方法,对Sachdev和Lobo提出的方法做了改进。 最后给出了NACA0012翼型在有无升力和有无激波各种状态下的计算结果。比较表明,本方法的计算结果与其它方法的计算结果符合得较好,且计算量很小。